Óleo e Gás – Petroquímica e Petrofísica

Você que trabalha ou tem interesse no ramo de Óleo e Gás, já ouviu falar em Petrofísica e Petroquímica? Sabe da importância de suas análises no mundo do petróleo? Deseja realizar uma análise mas não sabe quais parâmetros são apresentados?

 

Os processos industriais de Petróleo e Gás tem como as principais vertentes o refino e a produção dos derivados de óleo e gás. Sabe-se que o petróleo está ao nosso redor, nas ruas, no escritório, em casa, no quarto. Porém, hoje iremos além e falaremos um pouco mais tecnicamente e cientificamente de pesquisas que podem ser realizadas nessas áreas: a Petrofísica e a Petroquímica.

 

A petrofísica é descrita como “o estudo das propriedades físicas das rochas que dizem respeito à distribuição de fluidos em seus espaços porosos”. Ou seja, nos dias de hoje, todos o conjunto de disciplinas que dizem respeito às propriedades físicas das rochas e minerais é chamado de Petrofísica.

Por outro lado, estudos que utilizam o óleo e gás natural como matéria-prima para o desenvolvimento de diversos produtos químicos descrevem-se na ciência e na técnica como Petroquímica.


O estudo da Petrofísica

 

Aspectos teóricos e experimentais referentes à determinação das propriedades físicas das rochas é o que se estuda na Petrofísica. Para óleo e gás, ela pode ser empregada em problemas que vão desde a geoengenharia e da geologia ambiental até a determinação de estruturas de grande escala na litosfera terrestre, não ficando apenas no estudo de caracterização de reservatórios. Vislumbrando esse universo petrofísico, podemos destacar dois estudos muito interessantes e fundamentais desta área: Petrofísica de Rotina e Petrofísica Avançada.

 

Análise Petrofísica de rotina

Os parâmetros fundamentais na caracterização da petrofísica de rotina de rochas de reservatório são a densidade de grãos (Rho), porosidade (Phi) e permeabilidade absoluta (K). Enquanto a porosidade é responsável pela capacidade de armazenamento do reservatório, a permeabilidade responde pela potencial de produção de fluidos em alta vazão. A densidade de grãos, por sua vez, está correlacionada com a composição mineralógica da rocha.

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  • Rho - a amostra de rocha, completamente limpa e seca, é disposta na câmara de expansão do porosímetro de Boyle, Ultrapore-300 (Corelab). Após admitir gás (nitrogênio), confinado num vaso a uma determinada pressão, o volume de sólidos da rocha (Vs) é indiretamente medido através da queda de pressão produzida durante a expansão do gás na câmara. Conhecendo a massa seca da amostra (M), a densidade de grãos é calculada (Rho=M/Vs).

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  • Phi - o mesmo equipamento empregado na medição do Rho é empregado na medição da porosidade, exceto pelo fato a amostra ser introduzida na amostra numa célula de confinamento. O declínio de pressão do gás fornece é proporcional ao volume poroso (Vp). Conhecendo o volume total da amostra (Vt), a porosidade é calculada (Phi=100.Vp/Vt).

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  • K - a medição é executada no permeâmetro digital Ultraperm 500 (Corelab), onde a amostra é introduzida numa célula de confinamento e atravessada por um fluxo estacionário de gás. Através da medição da vazão do gás (Q) e das pressões de entrada (P1) e saída (P2), calcula-se a permeabilidade através da Lei de Darcy.

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Petrofísica

Análise granulométrica

Há também o estudo voltado para a granulometria de lama e areia. Nesta etapa as amostras deverão ser tratadas uma de cada vez. O software MasterSizer deverá ser ajustado, isto é, escolhendo o número de amostras e o método a ser utilizado. Após a configuração inicial é necessário que o próprio equipamento realiza a limpeza das partes com a retrolavagem. Então pode-se iniciar a etapa de background onde devemos calibrar o equipamento. 

Em sequência, o equipamento faz o ultrassom da amostra para emitir outras informações. Ao término do background, pode-se começar a realizar a análise com a amostra passando pelo laser. O processo dura em torno de 10 minutos. Após isso, a amostra é descartada e o equipamento limpa novamente as unidades de operação. Por fim, o aparelho volta a etapa de background e a rotina é estabelecida até o término das amostras.​

Resultados

- Na etapa final, utiliza-se o GRADISTAT como uma ferramenta do Excel em que toda análise estatística é rodada, gerando gráficos, tabelas e relatórios.

- O usuário é obrigado a inserir a massa ou a porcentagem de sedimentos retidos nas peneiras que foi gerado na etapa anterior, espaçados em qualquer intervalo (ex.: 0 – 2cm, 2 – 4cm, 4 – 6cm e continua até o final) ou a porcentagem de sedimento detectado em cada lixeira de um Granulômetro Laser.

- O programa também fornece uma tabela física do grupo textual no qual a amostra pertence e o nome do sedimento (como "areia grossa”, “grosseira fina").

- Também está incluído uma tabela que indica que a porcentagem dos grãos cai em cada fração de tamanho.

- Em termos de saída gráfica, o programa fornece gráficos da distribuição do tamanho de grãos e distribuição cumulativa dos dados em unidades métricas ou em phi (letra grega), exibindo o tamanho dos grãos das amostras em diagramas triangulares.​

Análise Petrofísica Avançada

 

Para esse estudo, vemos, principalmente, a caracterização dos tempos de relaxação por RMN (Ressonância Magnética Nuclear). Quando o mecanismo de relaxação magnética nuclear de um fluido no interior da rocha é dominado por sua interação com as paredes do poro, as taxas de relaxação longitudinal (1/T1) e transversal (1/T2) passam a depender predominantemente da composição química da matriz e da razão superfície/volume do poro, (S/V)poro, de forma que: 1/T1=rho1(S/V)poro e 1/T2=rho2(S/V)poro; em que rho1 e rho2 são, respectivamente, as relaxatividades superficiais longitudinal e transversal. Logo, a medição dos tempos de relaxação de uma amostra de rocha completamente saturada (Sw=100%) permite inferir sobre sua distribuição de tamanho de poros.

Volume poroso e pseudo distribuição de tamanho de poros por RMN – a partir de uma amostra completamente saturada com solução salina, as curvas de relaxação são medidas através do analisador Maran Ultra 2MHz (Oxford Instruments), empregando técnicas do tipo inversão-recuperação, para T1, e CPMG, para T2. Através de um processamento específico, as curvas de relaxação são convertidas em distribuições dos tempos de relaxação, ou espectros de relaxação. Mediante uma calibração prévia, utilizando uma amostra de volume conhecido, a área sob o espectro de relaxação fornece o volume poroso da rocha (Vp,RMN).

​Já a distribuição dos tempos de relaxação reproduz uma pseudo distribuição de tamanho de poros, similar aquela obtida por porosimetria por injeção de mercúrio. Além disso, aplicando-se intervalos de integração específicos aos espectros de relaxação é possível quantificar o volume de água associada à argila (CBW – Clay-Bound Water), volume de fluido retido por capilaridade (BVI – Bound Volume Irreductible) e fluido livre (FFI – Free Fluid Index).

Outros ensaios por RMN – a possibilidade de se manipular os spins nucleares em uma ou mais dimensões conferem à RMN uma versatilidade sem igual, principalmente quando comparada às técnicas mais tradicionais. Dessa forma, outros tipos de análises por RMN, 1D ou 2D, estão disponíveis para serem aplicadas de acordo com a propriedade petrofísica que se deseja investigar, como por exemplo: CPMG multi-eco, perfis de saturação, T1-T2, D-T2, entre outras.

 

​Além disso, a porosidade contida nas rochas é objeto de estudo de geocientistas devido a diversas implicações genéticas destas feições. Porém, o que vem motivando a busca por novas técnicas analíticas para estudo dos poros são as análises petrofísicas. As técnicas experimentais de análise de porosidade, como injeção de mercúrio ou gás, possibilitam uma aproximação quantitativa, mas não permitem a visualização do arcabouço poroso.

 

A análise petrográfica por microscopia óptica permite a visualização e quantificação dos poros intergranulares, porém, está restrita ao espaço bidimensional, sendo as quantificações menos representativas. O avanço tecnológico na microtomografia computadorizada de raios X (micro-CT) permite a análise tridimensional dos poros em microescala, além de quantificações automatizadas no volume.

 

​As análises em mármore, quartzito, arenito e brecha carbonática representadas neste trabalho, executadas no âmbito do PROJETO FALHAS/PETROBRAS/UFPR, mostram a forma, tamanho, conectividade, tortuosidade, distribuição e volume dos poros nestes litotipos, demonstrando as diferenças nos arcabouços porosos das rochas. A integração da micro-CT à petrografia possibilita a identificação de fases minerais com atenuação de raios X contrastantes, situando a incidência de porosidade no contexto mineralógico em três dimensões, além de contribuir para a consistência do método.

 

Embora a resolução seja limitada no microtomógrafo de raios X utilizado (modelo 1172 da Skyscan), que não atinge o menor tamanho de poro de alguns litotipos, a integração das duas técnicas fornece informações inéditas e de extrema importância para investigação de micro feições relacionadas aos poros em rocha, auxiliando em interpretações genéticas e contribuindo significativamente para análise de reservatórios.

 

Análise Petroquímica Avançada

  

​Para falarmos na área, começamos com a cromatografia. Segundo a IUPAC, "a cromatografia é uma técnica utilizada na separação dos componentes de uma amostra, os quais se distribuem em duas fases, uma estacionária e a outra móvel". A fase estacionária pode ser um sólido, um líquido retido sobre um sólido, ou um gel. A fase móvel pode ser líquida ou gasosa.

​Se tratando apenas da fase móvel, são três os tipos de cromatografia: a cromatografia gasosa, a cromatografia líquida e a cromatografia supercrítica, usando-se na última um vapor pressurizado, acima de sua temperatura crítica. A cromatografia líquida apresenta uma importante subdivisão: a cromatografia líquida clássica, na qual a fase móvel é arrastada através da coluna apenas pela força da gravidade, e a cromatografia líquida de alta eficiência, na qual se utilizam fases estacionárias de partículas menores, sendo necessário o uso de uma bomba de alta pressão para a eluição da fase móvel. Vamos conhecer um pouco mais sobre cada uma.

CROMATOGRAFIA GASOSA

​A cromatografia gasosa (CG) é um método físico de separação dos componentes de uma mistura através de uma fase gasosa móvel (gás inerte) sobre um solvente estacionário. Sendo utilizada para a separação de compostos voláteis, isto é, os analitos (soluções a serem analisadas) a serem separados devem apresentar uma razoável pressão de vapor à temperatura de separação, uma vez que a coluna é colocada dentro de um forno, o que exige estabilidade térmica da amostra.

​Durante a análise, a temperatura da coluna pode permanecer constante ou sofrer uma variação que pode alcançar cerca de 300ºC, para que solutos de baixo ponto de ebulição possam ser eluídos. Dessa forma, quanto maior for o caráter iônico do composto, menor será sua volatilidade o que reduzirá também a possibilidade de separação via CG. Por outro lado, na cromatografia líquida separam-se compostos polares e não polares nos quais a pouca volatilidade não é inconveniente limitante.

CROMATOGRAFIA LÍQUIDA

  • Clássica: esta técnica é muito utilizada para isolamento de produtos naturais e purificação de produtos de reações químicas. As fases estacionárias mais utilizadas são sílica e alumina, entretanto estes adsorventes podem servir simplesmente como suporte para uma fase estacionária líquida. Fases estacionárias sólidas levam à separação por adsorção e fases estacionárias líquidas por partição. Suportes quimicamente modificados também têm sido usados, sendo o processo de separação misto neste caso.

  • Alta Eficiência: a versatilidade desta técnica reside no grande número de fases estacionárias existentes, as quais possibilitam análises e separações de uma ampla gama de compostos com alta eficiência. Tem sido utilizada em várias áreas da ciência, no acompanhamento de sínteses, em análises de pesticidas, feromônios, no isolamento de produtos naturais e sintéticos e na produção e controle de qualidade de medicamentos, dentre tantas outras aplicações.

Petroquímica

​EXTRAÇÃO (SOXHLET)

​Nesse estudo, podemos pontuar a limpeza de amostras por extração contínua – a amostra é disposta na câmara de extração do Soxhlet, no qual o solvente (ex. tolueno, para a remoção de óleo, ou metanol, para água e sal) é aquecido sob refluxo. O vapor do solvente goteja sobre a amostra preenchendo a câmara de extração, até ser sifonado de volta para o balão de destilação, carregando dissolvidos os fluidos extraídos da rocha. Diversos ciclos de extração se repetem continuamente até que todo o óleo, ou água e sal, sejam removidos da rocha e acumulados no balão de destilação.

​Para quantificacão de água por destilação – a amostra é disposta na câmara de extração do extrator Soxhlet e aquecida com tolueno sob refluxo. A água presente no poro é vaporizada pelo tolueno quente que goteja sobre a amostra, e em seguida condensada no Dean Stark, juntamente com o vapor de tolueno. A água, mais densa, fica retida no Dean Stark, enquanto o tolueno, menos denso, retorna ao extrator para um novo ciclo de extração. Nesse processo o óleo também é removido da amostra, se acumulando no balão de destilação.

​ESPECTOMETRIA

Conhecido como o método de análises óptico mais utilizado nas investigações biológicas e físico-químicas, a espectometria baseia-se na medida quantitativa da absorção da luz pelas soluções, onde a concentração na solução da substância absorvente é proporcional à quantidade de luz absorvida. Estas medidas são efetuadas por equipamentos denominados espectrofotômetros.

​Além desses parâmetros estudados, existe a Pirólise. Processo esse em que a matéria orgânica é decomposta após ser submetida a condições de altas temperaturas e ambiente desprovido de oxigênio. Outro importante estudo é da presença de Carbonato e da determinação de enxofre nessa análise.

​Após todas essas informações da para observar como o mundo de óleo e gás é bastante vasto, não é mesmo? Isso é só um pedaço pequeno dessas áreas que apresenta um leque enorme de possibilidades de estudos e serviços. 

​Ficou com alguma dúvida? Manda uma mensagem pelo contato da empresa que iremos atendê-lo o mais rápido possível!

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